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基于CPLD的USB转多串口控制器的研究

作　者: 许洪龙
导　师: 邢建平
学　校: 山东大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: CPLD USB 串口 CH341 MAX+plusⅡ 硬件描述语言
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 98次
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内容摘要


随着信息技术的高速发展,USB接口已经成为数字设备之间通信的主流接口。在很多情况下,我们会遇到多个串口设备同时和上位机通过USB进行通信的需求。本论文正是基于这样一种需求,设计了一个USB接口到多个串行通信接口的通信协议转换器,实现了USB接口到多个串口的转换。本论文对系统功能进行了详细的分析和论证,设计方案遵循了自顶向下的设计理念,首先将整个系统按照具体功能划分为两个模块,其中一个模块实现了USB接口到串行通信接口的透明数据传输,该模块以南京沁恒公司生产的USB桥接芯片CH341为核心,利用芯片内部的协议配合少量的外围元件实现了串口到USB接口转换的功能。另一个模块选用可编程器件CPLD和硬件描述语言完成了多个串口的扩展。本论文应用硬件描述语言进行多串口扩展系统的设计,根据多串口扩展模块的具体要求又将该部分划分为串口数据发送接收模块、数据存储模块、控制模块三个部分。所有程序的编译及仿真均在仿真软件MAX+plusII中来完成。每个部分的功能均进行了仿真验证。顶层文件采用图形编辑的方法把各个模块连接起来,最终实现了多串口扩展的功能。最后,采用CPLD实验板对串口扩展模块的功能进行了验证,成功实现了计算机和实验板上的单片机之间的通讯。

全文目录


摘要  8-9
ABSTRACT  9-10
符号说明  10-11
第一章 绪论  11-14
  1.1 课题研究背景  11-12
  1.2 本论文工作及组织结构  12-14
    1.2.1 主要的研究工作  12
    1.2.2 论文的组织结构  12-14
第二章 系统相关技术概论  14-31
  2.1 串口通讯技术  14-19
    2.1.1 串口通讯的概念  14-15
    2.1.2 串口通讯的分类  15-16
    2.1.3 异步串口通讯的数据格式  16-17
    2.1.4 串口通讯接口rs232的标准  17-19
  2.2 USB接口技术概述  19-23
    2.2.1 USB接口的概念与特点  19-20
    2.2.2 USB系统的结构  20-21
    2.2.3 USB的电源和机械、电气特性  21-22
    2.2.4 USB的编码方式  22-23
    2.2.5 USB接口芯片  23
  2.3 "自顶向下"的设计方法  23-25
  2.4 可编程器件与硬件描述语言  25-31
    2.4.1 可编程器件概述  25-26
    2.4.2 硬件描述语言VHDL  26-29
    2.4.3 MAX+plus Ⅱ简介  29-30
    2.4.4 可编程逻辑器件的选择  30-31
第三章 系统设计方案  31-37
  3.1 系统的结构与原理  31-33
    3.1.1 系统的组成与功能  31-32
    3.1.2 系统的工作原理  32-33
  3.2 CH341及USB转串口功能介绍  33-37
    3.2.1 CH341概述  33
    3.2.2 CH341异步串口特点  33-34
    3.2.3 CH341功能配置  34-35
    3.2.4 CH341异步串口时的引脚说明  35
    3.2.5 CH341作为异步串口使用  35-37
第四章 基于CPLD的多串口扩展的设计  37-70
  4.1 RS232串口模块的设计  38-48
    4.1.1 串口模块的内部结构及引脚  38-39
    4.1.2 串行数据的传送格式及同步控制  39-41
    4.1.3 串口模块的VHDL语言编程  41-46
    4.1.4 串口模块的VHDL语言程序仿真  46-48
  4.2 先入先出数据存储器FIFO模块的设计  48-53
    4.2.1 FIFO引脚与原理  48-50
    4.2.2 FIFO先入先出数据存储器的VHDL程序  50-52
    4.2.3 FIFO的VHDL程序仿真  52-53
  4.3 控制模块的设计  53-66
    4.3.1 控制模块的结构  53
    4.3.2 编码及输入控制模块的设计  53-57
    4.3.3 优先级控制模块的设计  57-58
    4.3.4 数据上行控制模块的设计  58-60
    4.3.5 数据下行控制模块的设计  60-62
    4.3.6 解码及输出控制模块的设计  62-65
    4.3.7 顶层文件的设计  65-66
  4.4 系统测试  66-70
第五章 总结与展望  70-73
参考文献  73-76
致谢  76-77
攻读学位期间发表的学术论文、申请的专利及参与项目目录  77-78
学位论文评阅及答辩情况表  78

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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